全站仪是放线工作的核心设备。它同时具备电子测角、测距和计算功能。工作时，仪器发射一束激光到目标棱镜，通过测量激光往返的时间或相位差，算出斜距；同时用高精度编码盘测出水平角和竖直角。有了斜距、天顶距和方位角，仪器内部的微处理器就能根据三角几何原理，实时算出目标点的三维坐标（X, Y, Z）。现代全站仪的测角精度可达0.5秒，测距精度达1毫米+1.5ppm，这意味着在100米距离上，单次测量误差不到0.3毫米。
高程控制依赖水准仪。它通过提供一条水平视线，读取前后两根水准尺上的刻度，计算出两点间的高差。毫米级精度要求使用带有测微器的精密水准仪和铟钢尺。铟钢尺的热膨胀系数小，受温度影响可忽略。测量时采用“后-前-前-后”的观测顺序，并控制前后视距差在0.5米以内，以消除地球曲率和大气折光的影响。国家一等水准测量每公里偶然中误差不超过0.45毫米，正是靠这套方法实现的。
设计图纸上的坐标通常基于建筑坐标系，而全站仪需要的是测量坐标系。两者之间需要平移、旋转和缩放。核心公式是：X测 = X0 + k·(X建·cosθ - Y建·sinθ)，Y测同理。其中k是尺度因子（通常为1），θ是两坐标系的夹角。更关键的是“后方交会”：把仪器架在未知点上，观测两个以上已知控制点，通过小二乘法反算出仪器站坐标和定向角。这一步的残差若大于1毫米，就必须重新观测。
首先，控制网必须分级布设，从国家GPS控制点引测到施工现场的微型控制网，每站边长不超过50米。其次，所有仪器需定期校准，作业时记录温度、气压进行气象改正。后，放样时采用“归化法”：先粗略放出点位，再精确测量其实际坐标，计算与设计坐标的差值，后移动棱镜到正确位置。通常迭代两次即可将偏差收敛到0.5毫米以内。
毫米级放线不是靠单一神器，而是全站仪、水准仪、坐标数学与严格作业规范的系统工程。每一次精准的放线，都是对建筑安全与工业精度的无声承诺。
